基于光纤的高精度时间同步研究

Against the rapid development of optical clocks, present time transfer techniques can not fully satisfy the blooming requirements on the high-precision comparison between those advanced clocks. High-precision time transfer has been widely used not only in time and frequency metrology, but also in many fields, including fundamental scientific research, scientific engineering and national defense. The new-developed time transfer through optical fibers is an anticipated solution with the advantages of high precision and low cost. This research project is focusing on the improvement of the precision of present fiber time transfer technique. Based on our previous research, we will work on three key points in our originally developed fiber time transfer system, including the production of sharp timing signal, high precision time interval measurement and high-performance calibration of the asymmetry of round-trip time delay. This research project is aiming to achieve the time transfer with a precision of ～10ps within a fiber distance of 100km. We believe this research project will push the development of metrology and fundamental research, provide technical support to the related research and application fields.

近年来，光钟技术指标不断提高，传统的时间同步技术不能满足光钟之间比对的需求。高精度的时间同步不仅在时间频率领域，而且在基础科研、高技术应用和国防建设领域有着重要的应用。本项目以提高专用光纤网络时间同步准确度和稳定度为目标，在时间信号产生和加载、时间间隔测量以及光纤时延不对称校准方面，研究影响时间同步指标提高的主要因素。采用自主知识产权的基于时间－电压转换的时间精测技术，研制高精度的时间间隔计数器，并应用于现有时间同步实验装置。通过优化，实现100km光纤传输距离内时间同步精度10ps。本项目基于现有光纤时间同步研究平台，探索目前限制光纤时间同步精度提高的物理与技术问题，突破光纤时间同步的关键技术，推动时间频率学科及相关理论发展；为前沿科学探索提供技术保障，促进基础物理理论研究的发展；将为大型科学实验系统提供高精度时间信号和技术。

项目组围绕项目预期研究工作内容，通过对高精度时间同步系统中，时间信号的产生、测量、控制和校准等各环节的关键科学与技术问题展开深入研究，自主提出了高精度时间间隔测量、时延控制、多用户节点时间同步、频率增强的时间同步等具有自主知识产权的系列化新技术，重点解决了皮秒级时间间隔测量、皮秒级时延控制、高精度校准方法等关键科学与技术问题，研制了高精度时间间隔计数器、光纤时间同步设备、多用户时间同步系统、多通道时间间隔测量仪、频率净化及切换终端等专业技术装备，先后在西安-临潼56km、临潼-蒲城252km、苏南广电870km实地光纤链路上开展了时间同步测试，取得了积极的测试结果，并积累大量的工程经验。.指标完成：基于频率增强的光纤时间同步技术，当平均时间大于30s时，时间同步精度优于1ps；研制了高精度时间间隔测量装置，通过改进时间-电压转换法，提高了测量分辨率，最终时间间隔分辨率优于1ps，上述核心技术指标均达到了本项目指标要求。.重要成果：基于项目组在高精度时间间隔测量、时延控制、多用户节点时间同步、频率增强的时间同步等新技术的突破，项目组已经申请并受理了包括多站点光纤时间同步方法、大范围高分辨率时延控制方法、基于光纤频率传递的高精度光纤时间同步方法、高精度时间间隔测量方法等国家发明专利8项，发表相关论文5篇。.成果应用：基于具有自主知识产权的高精度时间间隔测量技术，项目组研制了高精度时间间隔测量仪，测量分辨率达到1ps，测量精度<20ps。上述指标优于国际同类商用设备SR620。研制的时间间隔测量仪工程样机已成功交付总装XX研制项目。研制的高精度光纤时间频率传递样机，已初步用于中航工业自控所“XX多基站地基增强系统”项目，并获得好评。